JPH0796157B2 - 鋳物の製造法および製造装置 - Google Patents
鋳物の製造法および製造装置Info
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Description
凝固、引出し速度の自動制御による鋳物の製造に関する
ものである。
定するための測定センサは、既に公知である。この測温
センサーである熱電対は2本の脚と耐熱性のジャケット
を備え、これらの脚の接合点に溶接球を有する。熱電対
の溶接球は前記ジャケットの先端のすぐ近くに配置さ
れ、この先端がSiO2を含有しない充填剤によって閉
鎖される。この先端は直接に溶湯の中に導入され、また
他端は保持装置に連結される。このようにして固化先端
における温度測定センサを少数にする事が試みられてい
る。測温センサの先端は直接に、溶湯の中に突出し鋳型
の中に固定されるので、測定感度が増大される。
メータが実験的に検出される。この方法によれば、鋳造
後に鋳物試料を切断して、鋳造後に加熱区域から鋳物を
引き出す際に正しい引き出しパラメータによって、所望
の固化が得られたか否かを確認することができる。実験
的に得られた引き出しパラメータによって、次回の鋳物
が製造される。このようにして適切なパラメータを得る
ためには非常に長い開発時間が必要であり、半年または
これ以上かかる。
その要旨としている。 一方向凝固鋳物あるいはモノクリスタル鋳物を製造
する方法であって、鋳型中の金属又は合金の溶湯の温度
を感知する少なくとも2個の測温センサーと、耐熱性被
覆で包囲された熱電対が用いられ、この熱電対は溶湯に
接触あるいはその中に挿入され、プロセスコンピュータ
に記憶されたデータはコントロールユニットで類似形状
の鋳物の引き出しのために使用され、下記の工程、すな
わち、 a)液相と固相の間の相境界の位置が、測定された温度
から補間計算によって算出される工程、および b)鋳物の引き出しに際して、前記相境界が冷却ヘッド
(14)より上方に位置する断熱部(10)に常に保持
されるように鋳物の引き出し速度が制御される工程、と
を含むことを特徴とする、鋳物の製造方法。 時間に対する引き出し速度プロフィル(V=ft)
がコンピュータの中に記憶され、同等形状または近似形
状の鋳物の次回の鋳込み工程について前記プロフィルの
パラメータが、加熱温度の関数設定値と共に、温度制御
引き出し工程および/または速度制御引き出し工程の設
定値セットとして使用されることを特徴とする、前項
に記載の鋳物の製造方法。 一方向凝固鋳物あるいはモノクリスタル鋳物を製造
する前記に記載の方法を実施するための装置であっ
て、真空炉(1)と鋳型(12)と、金属および合金の
溶湯(2)の温度を感知する少なくとも2個の測温セン
サー(24〜29)と、データ記録装置(55)と、プ
ロセスコンピュータ(56)と、加熱素子(3,4,
5)からの鋳型の引き出しを制御するコントローラ(5
7)と、すべてのデータ、特に時間に対する引き出し速
度プロフィル(V=ft)および/または鋳型の移動距
離の関数を蓄積するための、および加熱域からの鋳型の
移動距離の関数としての加熱温度のデータを蓄積するた
めのデータ収集装置(58)と、熱シールド(15)に
より包囲された冷却ヘッド(14)を具備した真空炉と
から成り、真空炉(1)中の鋳型の位置に伴って加熱温
度を制御するための少なくとも1個の加熱温度制御装置
を有し、さらにコンピュータに接続する温度プログラム
送信装置と設定値調整装置を備えていることを特徴とす
る鋳物の製造装置。
対する鋳型引き出し速度プロフィル(V=ft)がコン
ピュータの中に記憶され、同等形状または近似形状の鋳
物の次回の鋳込み工程について、前記プロフィルのパラ
メータが(加熱温度の関数設定値と共に)温度制御引き
出し工程および/または速度制御引き出し工程の再現可
能の設定値セットとして使用される。
を製造するユニットは、データ記憶装置と、プロセスコ
ンピュータと、加熱区域からの鋳型の引き出し速度を制
御する制御装置と、すべてのデータ、特に時間に対する
引き出し速度プロフィル(V=ft)および/または鋳
型の移動距離の関数としての速度プロフィルを収集する
ためのデータ収集装置とから成る金属または合金溶湯温
度の測定用の少なくとも1つの測定センサを有する。そ
のため、真空炉中の鋳型の移動距離あるいはそれぞれの
位置に対する鋳型加熱温度をコンピュータ中にパラメー
タ、すなわち、鋳物の移動距離に対する温度T ℃、と
して記憶させる。
位置の関数としての加熱温度プロフィルは、鋳型の引き
出し速度プロフィルと共に、次回の鋳造工程の再現可能
制御値として使用される。
にして説明する。まず、熱電対を溶湯の中に導入し、次
に、相境界の位置を得られたパラメータと補間計算とに
よって算出する。これによって相境界が常に冷却ヘッド
のすぐ上の望ましい区域、あるいは最適の区域で固化す
るように引出し速度を調整する事ができる。この場合、
鋳型引出し速度プロフィルを記憶させ、この速度プロフ
ィルはそのパラメータと共に他の同様の鋳造工程につい
て使用する事ができる。すなわち、次回の同様の鋳造工
程について、新たに熱電対を装入する事なくこの鋳型引
出し速度プロフィルを考慮して簡単に工程を何回も繰り
返す事ができる。複雑な、時間を要する計算プロセスや
長いテストプロセスを省略する事ができる。鋳型引き出
し速度プロフィルは、好ましくは速度制御用カムディス
クによってプロットされる。
は、真空炉中の鋳型のそれぞれ位置に対応して加熱温度
を制御する加熱温度制御装置を有する。これにより、真
空炉中の鋳型の位置に対応して温度プロフィルを簡単に
作製する事ができ、この温度プロフィルが1つの鋳造工
程の確定値として与えられる。
する。本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。
断面側面図を示す。この真空炉1は3個の円筒形黒鉛加
熱素子3、4、5を備え、これらの加熱素子は断熱部材
6〜11によって熱損から防護される。加熱素子の間に
は、断熱技術の観点から、間隙が設けられる。加熱素子
の電気接続は、図示されていない。従って、溶湯を流動
状態に保持し、またできるだけ同一寸法の熱流によって
溶湯の制御固化を生じさせるため、これら加熱素子が必
要となる。
め、断熱部材10,11に隣接してその下方に、伝熱壁
体13が配備されている。この伝熱壁体13の中を冷却
ヘッド14が垂直方向に自由に移動し、この冷却ヘッド
14は熱シール15によって包囲されている。冷却ヘッ
ド14は、冷媒として水を流す水導入導管16と水排出
導管17とを有する。伝熱壁体13の内部、断熱部材1
0,11の下方に他の冷水導入道管18が配置されてい
る。対応の排出導管は図示されていない。これは冷水導
入導管18によって遮蔽されているからである。鋳型1
2が下降された時に鋳型からの熱放射による温度勾配を
一定に保持するために前記の冷水導管18が必要とされ
る。この場合、冷却ヘッド14はなんの作用も生じない
からである。冷却ヘッド14は固化の初期においてのみ
溶湯2の熱管理に影響を与える。
えた比較的長い管から成る図示されていない鋳込み漏斗
を通して、鋳型12の中に鋳込まれる。この鋳型12
は、上方の漏斗状構造22と、前記冷却ヘッド14の上
に配置された下方管状部分23とから成る。また、鋳込
み漏斗を除去し、直接に鋳型の中に鋳込む事もできる。
漏斗状構造22と管状部分23の間に、セラミックスフ
ィルタ50が配置され、このセラミックスフィルタは、
溶湯2の鋳込み後もなお溶湯によって覆われている。鋳
型12は管状以外に、他の任意の形状、例えばタービン
羽根の形状を示す事ができる。鋳型は、鋳造工程後に破
壊されるセラミックス構造とする事が好ましい。
管24〜29と保持用細管30〜35との中に配置さ
れ、この感熱ワイヤはこれらの細管によって腐食性の炉
中ガスから防護される。これらの複数の熱電対により、
溶湯2の固化先端の温度が測定される。熱起電力の測定
は、平衡回路47によって実施される。この平衡回路4
7は、加熱素子3、4、5に対して熱シールド15によ
って保護され、プラスチックプラグ48によってコード
ファスナー49に固着されている。図1には1個のプラ
スチックプラグ48のみが図示されているが、実際には
各熱電対についてそれぞれの平衡回路が備えられ、これ
らの平衡回路が図示されない処理装置に接続されてい
る。また、図1には測定用細管と保持用細管の一部のみ
が図示されているが、実際には多数の細管が配備され
る。
管24〜27と保持用細管30〜33が拡大図示されて
いる。また、鋳型12の漏斗部分22も図示されてい
る。図1において熱電対は鋳型の下部23に接続されて
いるが、図2はこれらの熱電対を鋳型の上部22に接続
した状態を示す。熱電対ワイヤが屈折された箇所を36
〜39で示す。これらの箇所には、熱電対の脚を密封す
るために耐熱性接合剤が用いられる。測定用細管24〜
27を支持するため、保持用細管30〜33の上端部分
は、直角に研削加工されている。
24の部分断面図である。この細管24の中に熱電対4
1が設けられ、この素子41は2本の脚42,43とろ
う付け部または溶接部44とから成る。これらの脚4
2,43の前部と溶接部44は、接着剤45の中に埋め
込まれる。この測定用細管24はシースの中に配置され
ておらず、この事が本発明の利点を成す。
4の断面図を、図4に示す。測定用細管24の具体的な
実施例においては、例えば脚は0.1mmの外径を有
し、また細管24は0.9mmの外径を有し、その内部
にそれぞれ0.2mmの内径の2つの孔52,53を備
える。盲孔の直径は0.5mm、また盲孔の深さは1.
0mmである。脚42,43の絶縁は絶縁体40′によ
ってなされる。同様にして、これらの脚は保持細管の中
において相互に絶縁される。
中に熱電対41を挿入する工程を示す。
視図であって、この毛細管は前方開口46と図示されて
いない後方開口とを有する。この毛細管24は2つの孔
52,53を有するので、しばしば2穴セラミックス管
と呼ばれる。前方開口46の中に絶縁体40′が配置さ
れ、これが特定深さまで穿孔されていて、盲孔が形成さ
れている。
24の中に挿入する方法を示す。脚42,43を挿入さ
れた細管24の尖端部は、穿孔機によって穿孔されて盲
孔が存在するので、両方の脚42,43の溶接部44を
受容する事ができる。細管24の穿孔は種々の方法、例
えば、ダイアモンド穿孔、超音波穿孔またはレーザ穿孔
によりなされる。
41を挿入した後、セラミックス管40の末端を接着剤
45によって充填し、閉塞する方法を示す。例えば、水
素バーナ、アセチレンバーナ、アークまたはレーザを使
用して管40を閉塞する事もできる。
絶縁されるので、腐食性溶湯に対して長い寿命を示す。
接着剤を使用する場合には、溶接装置が必要でないの
で、細管先端は熱電対ワイヤおよびその溶接部分44に
対して熱負荷が生じない。溶接法の利点は、細管を特定
の材料で閉塞できる事にある。
る。
属、合金が、図示されない装置によって、鋳込漏斗の中
に供給され、この漏斗から鋳型12の管状部分を下降す
る。鋳型12の底部に冷却ヘッド14が存在するので、
鋳型12とこの冷却ヘッド14との間に大きな温度差が
生じる。この温度差は、溶融金属が下から上に向かって
固化するように作用する。本発明によれば、この固化工
程を確定し、従って工程中に固化条件に対するフィード
バックを生じる事が可能である。また、これにより、ま
れた鋳物特性に対するフィードバックが可能である。
ラミック細管24と熱電対41は固化中の溶湯2の中に
固定されているので、金属、合金から離間されない。
用細管24〜29、保持用細管30〜35、熱電対ワイ
ヤ42、43およびプラグ48は既製品を使用する。細
管24〜29の先端を鋳型12の中に予め作られた孔の
中にセラミック接着剤45によって固定する。
が直接に溶湯の中に導入されても結晶成長が影響されな
いので、溶湯の結晶成長を容易に確定する事ができる。
温度勾配を測定するためには、センサが非常に細い事が
重要である。
ち放射方向熱流の生じない場所にある事が非常に望まし
い。従って、この境界は水冷冷却ヘッド14の上方、絶
縁区域10の中にある。例えば、鋳型が過度に急速に下
方に移動させられると、相境界が下方に移動する。これ
に対して鋳型を過度にゆっくり下方に動かすと、相境界
は上方に溶融炉区域H1の中に移動するので、もはや平
面として移動しない。従って、相境界面を平坦にまたは
水平に保持するためには、相境界が常に冷却ヘッド14
の少し上方、すなわち断熱区域にある事が望ましい。
ために本発明の方法を使用する場合、まず熱電対41を
溶湯の中に導入し(図1および図8参照)、次に相境界
を補間計算によって算出し、これによって相境界が常に
冷却ヘッド14のすぐ上の望ましい区域で固化するよう
に引出し速度を調整する。この場合、鋳型引出し速度プ
ロフィルを記憶させる。この速度プロフィルのパラメー
タは他の同様の鋳造工程について使用する事ができる。
すなわち、引続く同様の鋳造工程について、新たに熱電
対を装入する事なく、この鋳型引出し速度プロフィルを
使用して簡単に行程を繰り返す事ができる。複雑な、時
間を要する計算プロセスや長いテストプロセスを省略す
る事ができる。
を実施するための装置は、金属または溶湯温度の計測の
ために複数のセンサ、測定用細管24〜30を有する事
が好ましい。これに加えて、データ記憶装置55、プロ
セスコンピュータ56、加熱区域H1〜H2から鋳物の
引出しを制御するコントローラ57、およびすべてのデ
ータ、特に時間に対する鋳型引出しプロフィル(V=f
t)の記憶のための、また加熱区域から鋳型を引き出し
た距離の関数としての加熱温度のデータ(溶融炉中の鋳
型位置に対する温度T ℃)の収集のためのデータ収集
装置58が使用される。
を実施するための装置は、さらに真空炉1中での鋳型の
それぞれ位置に対応して加熱温度を制御する加熱温度制
御装置54を含む(図8、図11、図12)。
よび真空炉中の鋳型のそれぞれ位置に対応して得られた
加熱温度がプロセスコンピュータの中に記憶される。こ
の鋳型位置に関連する温度プロフィルが、その鋳型の形
状又はタービン羽根から繰り返し生じるパラメータとし
て予定される。最初の溶湯の溶融に際して、真空炉から
の鋳型の引き出し速度が計算され、この場合に固化先端
が常に特定位置に保護されるように注意を払う。この引
き出し速度の経過は、同一コンピュータの中に記憶さ
れ、得られたパラメータは、後続の鋳造工程のために使
用される。
す側面図。
す縦断面図。
視図。
視図。
視図。
れた銅板を配置した冷却区域Kを含む溶融炉内部の鋳型
の移動を示す略示図。
および斜視図。
度のグラフ。
Claims (3)
- 【請求項1】一方向凝固鋳物あるいはモノクリスタル鋳
物を製造する方法であって、 鋳型の金属又は合金の溶湯の温度を感知する少なくとも
2個の測温センサーと、耐熱性被覆で包囲された熱電対
が用いられ、この熱電対は溶湯に接触あるいはその中に
挿入され、プロセスコンピュータに記憶されたデータは
コントロールユニットで類似形状の鋳物の引き出しのた
めに使用され、 下記の工程、すなわち、 a)液相と固相の間の相境界の位置が、測定された温度
から補間計算によって算出される工程、および b)鋳物の引き出しに際して、前記相境界が冷却ヘッド
(14)より上方に位置する断熱部(10)に、常に保
持されるように鋳物の引き出し速度が制御される工程、 とを含むことを特徴とする、鋳物の製造方法。 - 【請求項2】時間に対する引き出し速度プロフィル(V
=ft)がコンピュータの中に記憶され、同等形状また
は近似形状の鋳物の次回の鋳込み工程について前記プロ
フィルのパラメータが、加熱温度の関数設定値と共に、
温度制御引き出し工程および/または速度制御引き出し
工程の設定値セットとして使用されることを特徴とする
請求項1に記載の鋳物の製造方法。 - 【請求項3】一方向凝固鋳物あるいはモノクリスタル鋳
物を製造する請求項1に記載の方法を実施するための装
置であって 真空炉(1)と鋳型(12)と、金属および合金の溶湯
(2)の温度を感知する少なくとも2個の測温センサー
(24〜29)と、データ記録装置(55)と、プロセ
スコンピュータ(56)と、加熱素子(3,4,5)か
らの鋳型の引き出しを制御するコントローラ(57)
と、すべてのデータ、特に時間に対する引き出し速度プ
ロフィル(V=ft)および/または鋳型の移動距離の
関数、を蓄積するための、および加熱域からの鋳型の移
動距離の関数としての加熱温度のデータを蓄積するため
のデータ収集装置(58)と、熱シールド(15)によ
り包囲された冷却ヘッド(14)を具備した真空炉とか
ら成り、 真空炉(1)中の鋳型の位置に伴って加熱温度を制御す
るための少なくとも1個の加熱温度制御装置を有し、さ
らにコンピュータに接続する温度プログラム送信装置と
設定値調整装置を備えていることを特徴とする鋳物の製
造装置。
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